[发明专利]一种超细炭粉的制备方法

说明书

本发明属于一种炭材料的制备方法，具体地说涉及一种制备纳米级炭粉的方法。

纳米级炭材料由于颗粒细小，同时具有耐酸碱，耐高温，以及易与金属氧化发生碳热还原反应等优点，所以作为碳热反应还原剂，吸附分离材料，催化材料，电子能源材料，在化工，电子，冶金等领域具有广泛应用前景。

以前超细炭粉的制备方法主要有热解法和乳化法。热解法[Carbonand Graphite Handbook，(1968)231]是将乙炔等气体在缺少空气的条件下，通入800℃左右的预热带中进行热分解，制得3-130nm的炭黑。此法所制得炭粉分布不均匀，易形成团聚体，炭粉的反应活性低。乳化法[Carbon，1992(30)，121]制备细粒炭，是以水性中间相为原料，在碱性溶液中凝胶化，通过乳化制成3-50μm的微珠，此法制得的微珠粒径较大，反应活性低。

本发明的目的是提供一种颗粒粒径分布均匀的纳米级炭粉的制备方法。

本发明的制备方法如下：

(1)以炭质水性中间相为原料，将炭质水性中间相与有机溶剂或无机碱性溶液按重量比1∶5-1∶50混合，溶解后得到炭质溶胶-凝胶；

(2)将乙醇加入炭质溶胶-凝胶中，脱除炭质溶胶-凝胶中的有机溶剂或无机碱性溶液，制得净炭质溶胶；

(3)将净炭质溶胶，放入高压釜中，在200-280℃，4.0-8.5MPa下进行超临界干燥，放出超临界介质后，以惰性气体进行吹扫并冷却至室温，制得超细炭原粉；

(4)将所制得超细炭原粉，在惰性气氛下以(0.1-20)℃/min的速率升温到400-2200℃进行热处理，制得超细炭粉。

所述有机溶剂是有机酰胺、乙二醇、丙三醇、丙酮。

所述无机碱性溶液是钾、钠碱性溶液以及氨水。

超临界介质是乙醇、二氧化碳、丙酮。

本发明具有如下优点：

(1)工艺简单，易操作。

(2)炭粉的粒径可控制，颗粒分布均匀。

(3)炭粉的反应性较好。

(4)炭粉的粒径是纳米级的。

实施例1

(1)将10克煤沥青制炭质水性中间相，溶解于50克氨水中，24小时后得到炭质凝胶；

(2)将炭质凝胶，放入玻璃烧结漏斗中，用1000克乙醇冲洗脱除其中的氨水，制得净炭质溶胶；

(3)将净炭质溶胶，放入0.5升高压反应釜中的50ml的不锈钢筒中，于釜中加入300ml乙醇，升温至280℃，8.5MPa，维持温度，压力120分钟。放出乙醇，以氮气吹扫冷却至室温，制得超细炭原粉，原粉粒径约为10nm；

(4)将所制得超细炭原粉在惰性气氛下以0.1℃/min的速率升温至700℃进行热处理，制得超细炭粉，粒径小于10nm。

实施例2

(1)将10克煤沥青生焦制炭质水性中间相溶解于100克INNaOH溶液中，制成炭质溶胶；

(2)将炭质溶胶放入玻璃烧结漏斗中，进行减压抽滤，将800ml乙醇分4次对炭质溶胶进行冲洗，脱除其中的氢氧化钠溶液，制得净炭质溶胶；

(3)将净炭质溶胶，放入0.5升高压釜中的50ml不锈钢筒中，于釜中加入450ml丙酮，升温至200℃，4.0MPa，维持温度，压力，180分钟，放出乙醇，以氩气吹扫冷却至室温，制得超细炭原粉，原粉粒经约为10nm；

(4)将所制得超细炭原粉在惰性气氛下以20℃/min的速率升温至2200℃，制得超细炭粉，粒径小于10nm。

实施例3

(1)将5克石油生焦制炭质水性中间相：于室温下溶解于250克丙酮中；24小时，制得炭质溶胶；

(2)将炭质溶胶进行加热脱除其中大部分丙酮，再加入50克乙醇，分3次加入，继续加热蒸馏，脱除其中的丙酮，得净炭质溶胶；

(3)将净炭质溶胶，放入0.5升高压反应釜中的50ml金属筒中，通入CO₂气体至7.5MPa，升温至200℃，维持温度，压力120分钟，放出CO₂气体，用氮气吹扫冷却至室温，制得超细炭原粉，粒径为15-20nm；

(4)将超细炭原料在惰性气氛下以5℃/min的升温速率升温到400℃，进行热处理，制得超细炭粉，粒径小于10nm。

实施例4

(1)将10克煤沥膏制炭质水性中间相，于100℃的温度下溶解于100克乙二醇中，制成炭质凝胶；

(2)将炭质凝胶，放入离心机离心杯中，用800ml乙醇分4次，进行离心分离，脱除其中乙二醇，离心沉淀物为净炭质溶胶。